数控车床液压尾座系统搭建与调试教学设计

数控车床液压尾座系统是保障车床加工精度与稳定性的核心组件，其液压系统的搭建与调试能力，是液压技术领域技能人才的核心素养之一。本教学设计以“真实工业任务”为导向，遵循“功能确定—元件选择—回路设计—回路连接—回路调试”的典型工作流程，融入职业规范与安全操作意识，构建“理实一体化”教学体系，助力学生实现从理论认知到实践应用的转化。

一、任务基础：明确学习框架与核心目标

(一)教学基本信息

本任务隶属于“液气压系统搭建”学习场，面向高职机电一体化技术、数控技术等专业学生，总学时8学时，采用“小组协作(4～5人/组)+教师引导+企业导师指导”的教学模式。学时分配如下：资讯1学时、计划1学时、决策1学时、实施3学时、检查1学时、评价1学时，确保各环节教学节奏紧凑且重点突出。

(二)核心学习目标

1.知识目标

(1)能够准确解读企业任务书，精准提取套筒3个动作(伸出、缩回、任意位置停止)、2项性能要求(伸出速度可调、夹紧力可调)及1项安全限制(不能超载)，明确系统需实现换向、单向调速、调压3种核心功能。

(2)掌握元件与功能的匹配关系：液压缸、齿轮泵驱动套筒运动，换向阀、单向调速阀、溢流阀分别实现换向、单向调速、调压功能。

(3)理解回路设计关键原则：三位四通双电控 M 型中位换向阀的选型逻辑，单向调速阀、溢流阀油路连接及控制电路防短路断路、电磁铁不同时通电的安全规范。

(4)掌握回路连接与调试标准：元件安装顺序、油路连接顺序要求，“装管道垂直不暴力、装不上先泄压”“调试不带电/带压操作”等安全要点，及油路/信号检查的判断标准(如启动液压泵缸不应伸出)。

2.能力目标

(1)能准确分析企业任务书，梳理套筒动作、性能与系统功能的对应关系，形成完整功能清单，避免遗漏关键指标。

(2)能够按系统功能合理选择液压传动元件，合理搭配辅助元件，确保类型与数量合规。

(3)能够规范设计回路，通过仿真验证换向、调速、调压功能，排查设计逻辑错误。

(4)能够按“安全规范—元件安装—油路/电路连接—回路检查”流程实操，实现元件牢固安装、管路规范连接，规避油口接错、电路违规问题。

(5)能分步调试回路：完成油路/信号检查、综合功能验证，出现问题(如继电器噪声)及时断电处理，调试后规范拆卸整理设备。

3.素养目标

(1)树立“安全第一”意识，严格遵守不带电操作、装管道先泄压等规范，杜绝违规操作。

(2)养成规范严谨态度，各环节遵循技术标准，避免操作随意导致故障。

(3)提升目标导向的问题解决能力，围绕企业任务书要求推进工作，确保操作服务于系统功能实现。

(4)培养闭环管理习惯，调试后规范归位元件、整理导线、清理台面，符合工业现场管理要求。

二、核心流程：五步推进系统搭建与调试

(一)功能确定：精准定位系统需求

功能确定是系统搭建的“指南针”，需结合企业任务书与实际车间观察，通过小组讨论逐步明确。

第一步，播放数控车床尾座套筒夹紧力不足导致工件偏移、伸出速度过快引发碰撞故障视频，引导学生思考“液压尾座系统需满足哪些核心需求”，激发学习兴趣。发放企业任务书与车床技术手册，小组分工完成“动作梳理—性能分析—功能提炼”。

观察车间真实数控车床尾座，记录套筒实际动作：伸出、缩回、停止；结合加工场景，讨论“为何伸出需调速(防碰撞)、夹紧力需可调；小组讨论，得出“换向、单向调速、调压”三大核心功能，填写《功能确定资讯单》。

(二)元件选择：匹配功能的“精准搭档”

元件选择需严格依据已确定的系统功能，遵循“功能决定元件类型，参数适配实际需求”的原则。首先，为实现套筒的直线运动，选择1个液压缸作为执行元件，搭配1个齿轮泵为系统提供动力，需注意避免选用液压马达(适用于旋转运动)。其次，针对换向功能，考虑到套筒有3个动作且需电磁控制，选择1 个三位四通双电控电磁换向阀，中位机能选用M型，既实现套筒停止时的锁紧，又能实现泵的卸荷，达到节能效果。再次，单向调速功能由单向调速阀实现，其单向阀与调速阀并联的结构，可确保套筒伸出时调速、回程时不调速。然后，调压功能选用1个直动式溢流阀，并联在泵的出口，既能调节夹紧力，又能限制系统最高压力，防止超载。最后，辅助元件选择7根管道、1个泄压阀和1个油液分流器，其中泄压阀用于管道安装时的压力释放，避免带压操作引发安全事故。

(三)回路设计：构建高效稳定的“动力网络”

回路设计是将元件转化为功能的关键环节，需兼顾功能实现与安全规范。

1.换向功能设计

在换向功能设计上，三位四通双电控换向阀的输出口与液压缸连接，输入口分别连接泵和油箱，通过仿真软件验证：阀在左位时缸伸出，右位时缸返回，中位时缸停止。

图1 数控车床液压尾座换向回路

2.调速功能设计

调速功能设计中，严格将单向调速阀安装在液压缸进油路上，且不能装反，确保油液仅从特定方向流动，若装在回油路上则无法实现伸出调速的需求。

调压功能设计需注意溢流阀必须并联在泵的出口，其P口与泵的P口相连，T口接油箱，若串联则会导致系统压力失控。

图2 数控车床液压尾座调速与调压回路设计

控制电路设计采用直流24V电源，需实现自锁(电磁铁通电保持)与互锁(两电磁铁不同时通电)逻辑，可参考电动机正反转控制电路，将液压缸类比电动机、电磁铁类比接触器，降低设计难度。最后，通过功能仿真验证换向、调速、调压功能是否正常，若任一功能失效，需及时检查回路连接与元件参数。

(四)回路连接：规范操作保障安全

回路连接需遵循“先油路后电路，安全第一”的原则，同时严格按照既定顺序与规范操作。在安全保证方面，所有操作人员需先观看教师演示、安全视频与企业导师操作视频，明确管道安装需垂直对准、不暴力操作，拆卸时需压紧锁紧片垂直拔出，调试时严禁带电、带压操作。

元件安装按照“液压缸—调速阀—换向阀—溢流阀”的顺序从上到下固定在台面上，确保安装牢固且顺序无误，避免后续油路连接混乱。油路连接依据“泵—溢流阀—换向阀—调速阀—液压缸”的顺序进行，若管道装不上，需先泄压再调整，禁止强行安装。

图3 数控车床液压尾座电气控制回路图

电路连接需按照电气原理图，先连接串联电路(如电源回路)，再连接并联电路(如电磁铁控制回路)，且继电器与电磁阀的24V和0V需接入同一端，便于后续检查。连接完成后，重点检查油路油口是否接错、电路是否存在短路或断路，确保回路基础无误。

(五)回路调试：多维度验证系统性能

回路调试是检验系统是否达标的“最后一道关卡”，需分步骤、多维度推进。

第一步为油路检查，启动液压泵后，观察液压缸是否伸出，正常情况下缸应保持缩回状态，若伸出则说明换向阀中位机能异常或油路接错。第二步是信号检查，接通电源后缸仍不应伸出；关闭液压泵，按下伸出按钮观察电磁铁1Y1是否通电，按下返回按钮观察1Y2是否通电，若按下按钮时继电器发出噪音，需立即断电排查短路问题，同时确保两电磁铁不同时通电。第三步为综合调试，启动液压泵后，操作伸出、返回按钮，验证换向功能；调节调速阀开口，观察缸速变化，验证调速功能；调节溢流阀，观察压力表读数变化，验证调压功能，过程中需避免液压缸碰撞。第四步为回路拆卸，先确保液压缸处于缩回状态，再关闭电路与液压泵，规范拆卸电路、管道与元件，将元件放回指定位置，整理导线并清理台面，养成良好的职业操作习惯。

三、支撑体系：完善的资源与评价保障

1.教学资源支撑

为确保任务顺利推进，本任务配备了丰富的参考资源。教材选用赵波、王宏元主编的《液压与气动技术》(机械工业出版社)，该教材作为“十四五”职业教育国家规划教材，内容贴合实践需求；在线开放课程提供线上学习、讨论与作业测试功能，学生可通过智慧职教MOOC平台或链接登录学习；此外，还有企业任务书、GBT786.1-2021 流体传动系统图形符号标准及企业培训教材作为补充，为任务实施提供理论与标准支撑。

2.多元评价体系

构建“过程性评价+终结性评价”结合的体系，评价主体包括学生自评、小组互评、教师评价，具体如下：

评价环节

评价内容

评价方式

权重

功能确定

任务书解读准确性、功能提炼完整性

资讯单+小组展示

15%

元件选择

选型理由合理性、参数匹配度

决策单+元件样本分析报告

15%

回路设计

图形符号规范性、仿真功能实现度

实施单+仿真数据记录

20%

回路连接

操作规范性、油路密封性、电路安全性

检查单+教师巡查记录

25%

回路调试

问题排查能力、调试数据完整性、系统功能实现度

评价单调试视频记录

25%

四、实践意义：衔接教学与工业需求

本教学设计以“解决真实工业问题”为核心，通过“企业任务驱动—理实一体化操作—多元评价”，实现三大衔接：

教学与企业需求衔接：以企业尾座改造任务为载体，让学生掌握“读懂任务书—设计系统—解决故障”的全流程能力，匹配企业对液压设备维护人才的需求；

技能与行业标准衔接：融入GB/T786.1-2021标准、企业安全规范，培养学生的“标准化操作”意识；

素养与职业要求衔接：通过小组协作、问题排查、规范整理，提升学生的团队协作、工程思维与职业责任感，为其未来从事液压设备维护、调试工作奠定基础。

总之，数控车床液压尾座系统搭建与调试教学需以“实践为核心、安全为底线、标准为准则”，通过层层递进的教学环节，让学生在“做中学、学中思”，最终实现“技能达标、素养提升、适应产业”的培养目标。(作者：河南职业技术学院 智能制造学院 楚雪平)